Hoofdstuk 12: Dynamo en transformator

Newton Natuurkunde, Hoofdstuk 12: Dynamo en Transformator

Magnetische flux (f) is een maat voor het aantal magnetische veldlijnen dat door de dwarsdoorsnede A van een spel gaat. De flux zelf wekt geen spanning op (Uind = 0), maar de fluxverandering (∆f)  binnen een spel veroorzaakt wel een inductiespanning (Uind). Deze fluxverandering is op de volgende manier op te wekken: een permanente magneet wordt naar een spoel toe, of van een spel af bewogen. Een andere manier is de magneet te draaien.

De grootte van de flux bereken je als volgt:

                f=B.A.cosa

      f       Magnetische flux in Wb

      B       Magnetische inductie in tesla

      A       opp. dwarsdoorsnede spoel in m2

      cosa               Hoek tussen de lengte- as van de spoel en de veldlijnen

Zoals gezegd levert een verandering van de magnetische flux een inductiespanning  over de spoel.

De inductiespanning bereken je als volgt:

                Uind=N.(∆f/∆t)

      Uind   Inductiespanning in V

      N      aantal windingen

      ∆f    Fluxverandering in Wb

      ∆t     tijdsverandering in sec.

Als een noordpool een spoel nadert is er een toename van de flux, De inductiestroom in de spoel veroorzaakt een tegen flux (het naderen van de noordpool wordt tegengewerkt). Wanneer de magneet weer van de spel af beweegt veroorzaakt de inductiestroom een “meeflux” (de stroomrichting is omgekeerd). De spoel werkt als een spanningsbron, buiten de bron loopt de stoom van + naar -, buiten de bron is dit andersom. De stroomrichting van de spoel vind je wederom m.b.v. de rechterhandregel.

Werking van een dynamo:

wisselspanning:

Een wisselspanning heeft als kenmerk een frequentie en een topwaarde (Umax). De tijdsduur van één volledige spanningsgolf is de periode (T).

De frequentie bereken je als volgt:

                f=1/T    

      f        frequentie in Hz

      T       Periode in s

In een wisselspanningsmeter wordt de wisselspanning omgezet in een pulserende gelijkspanning, de meter geef dan een constantie uitslag. Deze uitslag noemen we de effectieve waarde (Ueff) ^

het dynamorendement bereken je als volgt:

h= Pe/Pm

      Pe    elektrisch vermogen in W (=Ueff.Ieff)

      Pm   mechanisch vermogen in W (=W/t)

opbouw dynamo:

rotor: de rotor is het draaiende gedeelte van de dynamo de rotor bestaat uit een draaias met een spoel.

stator: de stator is het stilstaande gedeelte van de dynamo de stator bestaat uit een permanente magneet of een elektromagneet, en levert het magnetisch veld dat nodig is voor het opwekken van een inductiespanning.

collector: de collector zorgt voor het contact tussen de rotorspoel en een stroomkring.

De transformator:

Voor het lager of hoger maken van een wisselspanning (onmogelijk bij gelijkspanning) gebruikt men een transformator. Deze bestaat uit:

Een primaire spoel

Een secundaire spoel

Een gesloten weekijzeren kern

De werking van een transformator is het makkelijkst te begrijpen d.m.v. een formule.

Deze formule is als volgt:

Up/Us = Np/Ns

      Up/s     Spanning over de primaire en secundaire spoel in V

      Np/s   Aantal windingen primaire en secundaire spoel

In een transformator wordt altijd een deel van het elektrisch vermogen omgezet in warmte, dit percentage is klein. Voor een ideale transformator (h=100%) geldt de volgende formule:

                Up.Ip = Us.Is

      Up/s   Spanning in V

      Ip/s     Stroomsterkte in A

Voor de mensen die toch het vermogensverlies willen berekenen is er de volgende formule:

Vermogensverlies in een kabel (Pe) = I2.Rk